DE102019109226A1 - Separator for lithium metal-based batteries - Google Patents
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Abstract
Ein modifizierter Separator für eine hochenergetische elektrochemische Zelle auf Lithiummetallbasis und dazugehörige Herstellungsverfahren sind vorgesehen. Der modifizierte Separator beinhaltet ein Substrat mit einem Dotierstoff und eine auf dem dotierten Substrat angeordnete Deckschicht. Der Dotierstoff und die Verbindung, welche die Deckschicht umfasst, sind unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumoxid (AlO), Titandioxid (TiO), Zirkondioxid (ZrO), Zinkoxid (ZnO), Eisenoxid (FeO), Zinnoxid (SnO), Siliziumoxid (SiO), Tantaloxid (TaO), Lanthanoxid (LaO), Hydrofluorolefin (HfO), Ceroxid (CeO) und Kombinationen derselben.A modified separator for a high-energy lithium metal-based electrochemical cell and associated manufacturing methods are provided. The modified separator includes a substrate with a dopant and a cap layer disposed on the doped substrate. The dopant and the compound comprising the cap layer are independently selected from the group consisting of: alumina (AlO), titania (TiO), zirconia (ZrO), zinc oxide (ZnO), iron oxide (FeO), tin oxide (SnO) , Silica (SiO), tantalum oxide (TaO), lanthanum oxide (LaO), hydrofluoroolefin (HfO), cerium oxide (CeO), and combinations thereof.
Description
EINLEITUNGINTRODUCTION
Dieser Abschnitt sieht Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung vor, bei denen es sich nicht notwendigerweise um den Stand der Technik handelt.This section provides background information related to the present disclosure, which is not necessarily prior art.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf elektrochemische Zellen auf Lithium-Metallbasis, die dotierte und beschichtete Separatoren und hochviskose Elektrolyte umfassen, sowie auf Herstellungsverfahren in Verbindung derselben.The present disclosure relates to lithium metal-based electrochemical cells comprising doped and coated separators and high-viscosity electrolytes, and to methods of production in combination therewith.
Vor diesem Hintergrund können elektrochemische Zellen mit hoher Energiedichte, wie Lithium-Ionen-Batterien und Lithium-Schwefel-Batterien, können in einer Vielzahl von Verbraucherprodukten und Fahrzeugen, wie Hybrid-Elektrofahrzeugen (HEV) und Elektrofahrzeugen (EV), verwendet werden. Typische Lithium-Ionen- und Lithium-Schwefel-Batterien beinhalten eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, ein Elektrolytmaterial und einen Separator. Eine Elektrode dient als positive Elektrode oder Kathode (bei Entladung) und eine andere dient als negative Elektrode oder Anode (bei Entladung). Ein Stapel von Batteriezellen kann elektrisch verbunden sein, um die Gesamtleistung zu erhöhen. Konventionelle wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien arbeiten durch umkehrbares Hin- und Herleiten von Lithium-Ionen zwischen der negativen Elektrode und der positiven Elektrode und wieder zurück. Ein Separator und ein Elektrolyt sind zwischen der negativen Elektrode und der positiven Elektrode angeordnet. Der Elektrolyt ist für die Leitung von Lithium-Ionen geeignet und kann in fester (z. B. Festkörperdiffusion) oder flüssiger Form vorliegen. Beim Laden der Batterie bewegen sich Lithium-Ionen aus einer Kathode (positive Elektrode) zu einer Anode (negative Elektrode) und beim Entladen der Batterie in der entgegengesetzten Richtung.Against this background, high energy density electrochemical cells, such as lithium-ion batteries and lithium-sulfur batteries, can be used in a variety of consumer products and vehicles, such as hybrid electric vehicles (HEV) and electric vehicles (EV). Typical lithium-ion and lithium-sulfur batteries include a first electrode, a second electrode, an electrolyte material, and a separator. One electrode serves as a positive electrode or cathode (on discharge) and another serves as a negative electrode or anode (on discharge). A stack of battery cells may be electrically connected to increase overall performance. Conventional rechargeable lithium-ion batteries operate by reversibly forwarding and diverting lithium ions between the negative electrode and the positive electrode and back again. A separator and an electrolyte are disposed between the negative electrode and the positive electrode. The electrolyte is suitable for the conduction of lithium ions and can be in solid (eg solid state diffusion) or liquid form. When charging the battery, lithium ions move from a cathode (positive electrode) to an anode (negative electrode) and when discharging the battery in the opposite direction.
Viele verschiedene Materialien können zur Herstellung von Komponenten für eine Lithium-Ionen-Batterie verwendet werden. Gebräuchliche Materialien für negative Elektroden beinhalten Lithium-Insertionsmaterialien oder Legierungswirtsmaterialien, wie Lithium-Graphit-Interkalationsverbindungen oder Lithium-Silizium-Verbindungen, Lithium-Zinn-Legierungen und Lithium-Titanat (LTO) (z. B. Li4+xTi5012, wobei 0 ≤ x ≤ 3 ist, wie beispielsweise Li4Ti5O12). Die negative Elektrode kann ebenfalls aus metallischem Lithium bestehen (häufig auch als Lithium-Metall-Anode (LMA) bezeichnet), wodurch die elektrochemische Zelle als Lithium-Metall-Batterie oder -Zelle betrachtet wird. Die Verwendung von metallischem Lithium in der negativen Elektrode einer wiederaufladbaren Batterie hat verschiedene potenzielle Vorteile, darunter die höchste theoretische Kapazität und das niedrigste elektrochemische Potential. So können Batterien mit Lithium-MetallAnoden eine höhere Energiedichte aufweisen, was die Speicherkapazität potenziell verdoppeln und die Größe der Batterie halbieren kann, während sie eine ähnliche Lebensdauer wie andere Lithium-Ionen-Batterien aufrechterhalten. Lithium-Metall-Batterien sind somit einer der vielversprechendsten Kandidaten für Hochenergiespeichersysteme.Many different materials can be used to make components for a lithium-ion battery. Common materials for negative electrodes include lithium insertion materials or alloy host materials such as lithium graphite intercalation compounds or lithium-silicon compounds, lithium-tin alloys, and lithium titanate (LTO) (eg, Li 4 + x Ti 5 O 12 where 0 ≤ x ≤ 3, such as Li 4 Ti 5 O 12 ). The negative electrode may also be made of metallic lithium (often referred to as a lithium metal anode (LMA)), whereby the electrochemical cell is considered a lithium metal battery or cell. The use of metallic lithium in the negative electrode of a rechargeable battery has several potential advantages, including the highest theoretical capacity and the lowest electrochemical potential. For example, batteries with lithium-metal anodes can have a higher energy density, potentially doubling storage capacity and halving the size of the battery while maintaining a similar lifetime to other lithium-ion batteries. Lithium metal batteries are thus one of the most promising candidates for high energy storage systems.
In manchen Fällen weisen Lithium-Metall-Batterien jedoch auch potenzielle Nachteile auf. So kann beispielsweise die vergleichsweise hohe Reaktivität des Lithiummetalls zu Grenzflächeninstabilität und unerwünschten Nebenreaktionen führen. Bei der Herstellung und/oder dem Betrieb der elektrochemischen Zelle können Nebenreaktionen zwischen dem Lithiummetall und verschiedenen Spezies auftreten, denen das Lithiummetall ausgesetzt sein kann. Diese Nebenreaktionen können zu einer ungünstigen Dendritenbildung führen. Weiterhin zeigen Separatoren auf Polyolefinbasis, wie sie in Lithium-Metall-Batterien eingesetzt werden können, in bestimmten Aspekten eine im Allgemeinen geringe Benetzbarkeit gegenüber Elektrolyten. In diesem Fall kann der Elektrolyt den Separator nicht durchdringen oder die Poren des porösen Separators vollständig füllen, was zu einer verminderten Leistung und Lebensdauer der Lithium-Metall-Batterie führt. Dementsprechend wäre es wünschenswert, zuverlässige, leistungsstarke Materialien, wie beispielsweise Separatoren mit vergleichsweise hoher Benetzbarkeit, für den Einsatz in hochenergetischen elektrochemischen Zellen und damit verbundene Verfahren zu entwickeln, welche die Dendritenbildung minimieren oder verhindern.However, in some cases, lithium metal batteries also have potential disadvantages. For example, the comparatively high reactivity of the lithium metal can lead to interfacial instability and undesirable side reactions. During the manufacture and / or operation of the electrochemical cell, side reactions may occur between the lithium metal and various species to which the lithium metal may be exposed. These side reactions can lead to unfavorable dendritic formation. Furthermore, polyolefin-based separators, such as may be used in lithium-metal batteries, exhibit, in certain aspects, a generally low wettability to electrolytes. In this case, the electrolyte can not penetrate the separator or completely fill the pores of the porous separator, resulting in reduced performance and life of the lithium metal battery. Accordingly, it would be desirable to develop reliable, high performance materials, such as comparatively high wettability separators, for use in high energy electrochemical cells and related processes that minimize or prevent dendrite formation.
KURZDARSTELLUNGSUMMARY
Dieser Abschnitt sieht eine allgemeine Kurzdarstellung der Offenbarung vor und ist keine umfassende Offenbarung des vollständigen Schutzumfangs oder aller Merkmale.This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of the full scope or all features.
In verschiedener Hinsicht bietet die vorliegende Offenbarung einen modifizierten Separator für eine elektrochemische Zelle, die Lithium-Ionen zirkuliert. Der modifizierte Separator kann einen polymeren Separator und ein Elektrolytsystem mit einer Viskosität im Bereich von etwa 50 mPa·s bis etwa 500 mPa·s beinhalten. Der polymere Separator kann ein dotiertes Substrat und eine darauf angeordnete Deckschicht umfassen. Das Substrat kann mit einem Dotierstoff dotiert werden, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumoxid (Al2O3), Titandioxid (TiO2), Zirkondioxid (ZrO2), Zinkoxid (ZnO), Eisenoxid (Fe2O3), Zinnoxid (SnO), Siliziumoxid (SiO2), Tantaloxid (Ta2O5), Lanthanoxid (La2O3), Hydrofluorolefin (HfO), Ceroxid (CeO2) und Kombinationen derselben. Die Deckschicht kann eine aus einer Polymerbeschichtung und einer keramischen Metalloxidbeschichtung sein. Die keramische Metalloxidschicht kann mindestens eines der Dotierstoffe beinhalten.In various aspects, the present disclosure provides a modified separator for an electrochemical cell that circulates lithium ions. The modified separator may include a polymeric separator and an electrolyte system having a viscosity ranging from about 50 mPa.s to about 500 mPa.s. The polymeric separator may comprise a doped substrate and a cover layer disposed thereon. The substrate may be doped with a dopant selected from the group consisting of: alumina (Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), zinc oxide (ZnO), iron oxide (Fe 2 O 3 ), tin oxide (SnO), silicon oxide (SiO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), lanthanum oxide (La 2 O 3 ), hydrofluoroolefin (HfO), cerium oxide (CeO 2 ), and combinations thereof. The cover layer may be one of a polymer coating and a ceramic one Be metal oxide coating. The ceramic metal oxide layer may include at least one of the dopants.
In einem Aspekt kann die Deckschicht eine Dicke im Bereich von etwa 1 nm bis etwa 50 µm aufweisen.In one aspect, the capping layer may have a thickness in the range of about 1 nm to about 50 μm.
In einem Aspekt kann die polymere Deckschicht einen aus einem Aluminiumoxidverbund-(Alukon)-Film, einem Zirkoniumalkoxidverbund-(Zirkon)-Film, einem Titanalkoxidverbund-(Titanicon)-Film und einem Polyimidfilm beinhalten.In one aspect, the polymeric cover layer may include one of an aluminum oxide composite (Alukon) film, a zirconium alkoxide composite (zirconium) film, a titanium alkoxide composite (Titanicon) film, and a polyimide film.
In einem Aspekt kann die polymere Deckschicht einen Aluminiumoxid-Verbund-(Alukon)-Film beinhalten, der ein Vorläufermaterial umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Trimethylaluminium (TMA), Ethylenglykol (EG), Terephthaloylchlorid (TC), Glycidol (GLY), Hydrochinon (HQ) und Kombinationen derselben.In one aspect, the polymeric overcoat layer may include an alumina composite (Alukon) film comprising a precursor material selected from the group consisting of: trimethylaluminum (TMA), ethylene glycol (EG), terephthaloyl chloride (TC), glycidol ( GLY), hydroquinone (HQ) and combinations thereof.
In einem Aspekt kann das Elektrolytsystem eines von einem Elektrolytsystem auf Etherbasis und einem Elektrolytsystem auf Karbonatbasis sein.In one aspect, the electrolyte system may be one of an ether-based electrolyte system and a carbonate-based electrolyte system.
In einem Aspekt kann der modifizierte Separator einen Schmelzpunkt im Bereich von etwa 120 °C bis etwa 200 °C aufweisen, und das Vorläufermaterial für den Aluminiumoxid-Verbund-(Alukon)-Film der polymeren Deckschicht kann eine Kombination von Trimethylaluminium (TMA) und Ethylenglykol (EG) beinhalten.In one aspect, the modified separator may have a melting point in the range of about 120 ° C to about 200 ° C, and the precursor material for the alumina composite (Alukon) film of the polymeric topcoat may be a combination of trimethylaluminum (TMA) and ethylene glycol (EC).
In einem Aspekt kann die polymere Beschichtung eine Molekularschicht-Abscheidungs-(MLD)-Deckschicht sein.In one aspect, the polymeric coating may be a molecular layer deposition (MLD) capping layer.
In einem Aspekt kann die keramikartige Metalloxid-Deckschicht ein keramisches Material beinhalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumoxid (Al2O3), Titandioxid (TiO2), Zirkondioxid (ZrO2), Zinkoxid (ZnO), Siliziumoxid (SiO2) und Kombinationen derselben.In one aspect, the ceramic-like metal oxide cap layer may include a ceramic material selected from the group consisting of: alumina (Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), zinc oxide (ZnO), silica (SiO 2 ) and combinations thereof.
In einem Aspekt kann die keramische Metalloxidbeschichtung eine Atomschichtabscheidungs-(ALD)-Deckschicht sein.In one aspect, the ceramic metal oxide coating may be an atomic layer deposition (ALD) capping layer.
In einem Aspekt kann das Substrat eine Menge an Dotierstoff im Bereich von etwa 1 g/m2 bis etwa 10 g/m2 beinhalten.In one aspect, the substrate may include an amount of dopant in the range of about 1 g / m 2 to about 10 g / m 2 .
In einem Aspekt kann das Substrat ein Polyolefin beinhalten.In one aspect, the substrate may include a polyolefin.
In einem Aspekt kann das Elektrolytsystem ein Lithiumsalz beinhalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6), Lithiumbis(fluorosulfonyl)imid (LiN(FSO2)2) (LiSFI), Lithium-bis(oxalato)borat (LiB(C2O4)2) (LiBOB), Lithium-difluorooxalatoborat (LiBF2(C2O4)), Lithiumperchlorat (LiClO4), Lithiumtetrachloraluminat (LiAlCl4), Lithiumiodid (LiI), Lithiumbromid (LiBr), Lithiumthiocyanat (LiSCN), Lithiumtetrafluoroborat (LiBF4), Lithiumtetraphenylborat (LiB(C6H5)4), Lithiumhexafluorarsenat (LiAsF6), Lithiumtrifluormethansulfonat (LiCF3SO3), Bis(trifluormethan)sulfonimidisches Lithiumsalz (LiN(CF3SO2)2) und Kombinationen; und ein Lösungsmittel, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC), Butylencarbonat (BC), Fluorethylencarbonat (FEC), Dimethylcarbonat (DMC), Diethylcarbonat (DEC), Ethylmethylcarbonat (EMC), Methylformiat, Methylacetat, Methylpropionat, γ-Butyrolacton, γ-Valerolacton, 1,2-Dimethoxyethan, 1,2-Diethoxyethan, Ethoxymethoxyethan, Tetrahydrofuran, 2-Methyltetrahydrofuran, 1,3-Dioxolan und Kombinationen derselben.In one aspect, the electrolyte system may include a lithium salt selected from the group consisting of: lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiN (FSO 2 ) 2 ) (LiSFI), lithium bis (oxalato) borate (LiB ( C 2 O 4 ) 2 ) (LiBOB), lithium difluorooxalatoborate (LiBF 2 (C 2 O 4 )), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium tetrachloroaluminate (LiAlCl 4 ), lithium iodide (LiI), lithium bromide (LiBr), lithium thiocyanate (LiSCN ), Lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium tetraphenylborate (LiB (C 6 H 5 ) 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), bis (trifluoromethane) sulfonimidic lithium salt (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ) and combinations; and a solvent selected from the group consisting of: ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), fluoroethylene carbonate (FEC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl formate, methyl acetate, Methyl propionate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, ethoxymethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, and combinations thereof.
In verschiedenen Aspekten bietet die vorliegende Offenbarung eine hochenergetische elektrochemische Zelle auf Lithium-Metallbasis, die einen polymeren Separator und eine Elektrode mit einem elektroaktiven Material auf Lithium-Metallbasis beinhaltet und Oberflächen aufweist, die im Wesentlichen frei von Dendritenformationen sind. Der polymere Separator kann ein Substrat beinhalten, das ein Dotierstoff und eine auf dem dotierten Substrat angeordnete Deckschicht umfasst. Der Dotierstoff und die Verbindung, welche die Deckschicht umfasst, können jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumoxid (Al2O3), Titandioxid (TiO2), Zirkondioxid (ZrO2), Zinkoxid (ZnO), Eisenoxid (Fe2O3), Zinnoxid (SnO), Siliziumoxid (SiO2), Tantaloxid (Ta2O5), Lanthanoxid (La2O3), Hydrofluorolefin (HfO), Ceroxid (CeO2) und Kombinationen derselben. Die Deckschicht kann eine Dicke im Bereich von etwa 1 nm bis etwa 10 µm aufweisen.In various aspects, the present disclosure provides a high-energy lithium metal-based electrochemical cell including a polymeric separator and an electrode having a lithium metal-based electroactive material and having surfaces that are substantially free of dendrite formations. The polymeric separator may include a substrate comprising a dopant and a cap layer disposed on the doped substrate. The dopant and the compound comprising the capping layer may each be independently selected from the group consisting of: alumina (Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), zinc oxide (ZnO), iron oxide ( Fe 2 O 3 ), tin oxide (SnO), silicon oxide (SiO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), lanthanum oxide (La 2 O 3 ), hydrofluoroolefin (HfO), cerium oxide (CeO 2 ) and combinations thereof. The cover layer may have a thickness in the range of about 1 nm to about 10 μm.
In einem Aspekt kann die hochenergetische elektrochemische Zelle auf Lithium-Metallbasis weiterhin ein Elektrolytsystem mit einer Viskosität im Bereich von etwa 50 mPa·s bis etwa 500 mPa·s beinhalten. Das Elektrolytsystem kann ein in einem organischen Lösungsmittel gelöstes Lithiumsalz beinhalten, wobei das Lithiumsalz eine Konzentration im Elektrolytsystem im Bereich von etwa 2 M bis etwa 5 M aufweist.In one aspect, the high-energy lithium metal-based electrochemical cell may further include an electrolyte system having a viscosity in the range of about 50 mPa.s to about 500 mPa.s. The electrolyte system may include a lithium salt dissolved in an organic solvent, wherein the lithium salt has a concentration in the electrolyte system in the range of about 2 M to about 5 M.
In einem Aspekt kann das Substrat ein Polyolefin beinhalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und Kombinationen derselben.In one aspect, the substrate may include a polyolefin selected from the group consisting of: polyethylene (PE), polypropylene (PP), and combinations thereof.
In einem Aspekt kann das Substrat etwa 2 g/m2 bis etwa 5 g/m2 des Dotierstoffs beinhalten.In one aspect, the substrate may include about 2 g / m 2 to about 5 g / m 2 of the dopant.
In noch weiteren Aspekten sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Separators vor. Das Verfahren kann das Aufbringen einer aus einer polymeren Deckschicht und einer keramischen Metalloxid-Deckschicht auf einen dotierten Separator beinhalten, der eine Blattform aufweist. Der dotierte Separator kann ein Dotierstoff beinhalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumoxid (Al2O3); Titandioxid (TiO2); Zirkondioxid (ZrO2); Zinkoxid (ZnO); Eisenoxid (Fe2O3), Zinnoxid (SnO); Siliziumoxid (SiO2); Tantaloxid (Ta2O5), Lanthanoxid (La2O3), Hydrofluorolefin (HfO), Ceroxid (CeO2) und Kombinationen derselben.In still other aspects, the present disclosure provides a method of manufacture of a coated separator. The method may include applying one of a polymeric capping layer and a ceramic metal oxide capping layer to a doped separator having a sheet shape. The doped separator may include a dopant selected from the group consisting of: alumina (Al 2 O 3 ); Titanium dioxide (TiO 2 ); Zirconium dioxide (ZrO 2 ); Zinc oxide (ZnO); Iron oxide (Fe 2 O 3 ), tin oxide (SnO); Silicon oxide (SiO 2 ); Tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), lanthanum oxide (La 2 O 3 ), hydrofluoroolefin (HfO), cerium oxide (CeO 2 ) and combinations thereof.
In einem Aspekt kann die Deckschicht eine Dicke von etwa 1 nm bis etwa 50 nm aufweisen, und der beschichtete Separator kann ferner ein Elektrolytsystem mit einer Viskosität von etwa 50 mPa·s bis etwa 500 mPa·s beinhalten.In one aspect, the overcoat layer may have a thickness of about 1 nm to about 50 nm, and the coated separator may further include an electrolyte system having a viscosity of about 50 mPas to about 500 mPas.
In einem Aspekt kann die keramikartige Metalloxid-Deckschicht ein keramisches Material beinhalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumoxid (Al2O3); Titandioxid (TiO2); Zirkondioxid (ZrO2); Zinkoxid (ZnO); Siliziumoxid (SiO2); und Kombinationen derselben, und kann auf dem dotierten Separator mittels Atomschichtabscheidung (ALD) angeordnet werden.In one aspect, the ceramic-like metal oxide cap layer may include a ceramic material selected from the group consisting of: alumina (Al 2 O 3 ); Titanium dioxide (TiO 2 ); Zirconium dioxide (ZrO 2 ); Zinc oxide (ZnO); Silicon oxide (SiO 2 ); and combinations thereof, and may be disposed on the doped separator by atomic layer deposition (ALD).
In einem Aspekt kann die polymere Deckschicht einen aus einem Aluminiumoxidverbund-(Alukon)-Film, einem Zirkoniumalkoxidverbund-(Zircon)-Film, einem Titanalkoxidverbund-(Titanicon)-Film und einem Polyimidfilm beinhalten und kann auf dem dotierten Separator mittels Molekularschichtabscheidung (MLD) angeordnet werden.In one aspect, the polymeric capping layer may include one of an alumina composite (alukon) film, a zirconium alkoxide composite (zirconium) film, a titanium alkoxide composite (titanicon) film, and a polyimide film, and may be supported on the doped separator by molecular layer deposition (MLD). to be ordered.
In einem Aspekt kann die polymere Deckschicht ein Alukonfilm sein und das Vorläufermaterial ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Trimethylaluminium (TMA), Ethylenglykol (EG), Terephthaloylchlorid (TC), Glycidol (GLY), Hydrochinon (HQ) und Kombinationen derselben.In one aspect, the polymeric overcoat layer may be an Alconic film and the precursor material is selected from the group consisting of: trimethylaluminum (TMA), ethylene glycol (EG), terephthaloyl chloride (TC), glycidol (GLY), hydroquinone (HQ), and combinations thereof.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen ausschließlich zur Veranschaulichung und sollen keinesfalls den Umfang der vorliegenden Offenbarung beschränken.Other applications will be apparent from the description provided herein. The description and specific examples in this summary are intended for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the present disclosure.
Figurenlistelist of figures
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen ausschließlich der Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und stellen nicht die Gesamtheit der möglichen Realisierungen dar und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken.
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1 ist ein Schaubild einer exemplarischen elektrochemischen Batterie zum Zwecke der Veranschaulichung; -
2 ist eine Schnittansicht eines exemplarischen beschichteten Separators, der gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung gebildet wurde; und -
3 ist eine grafische Darstellung der Kapazitätserhaltung pro Zyklus von vergleichenden elektrochemischen Zellen, die jeweils ein Elektrolytsystem mit einer Viskosität im Bereich von etwa 50 mPa·s bis etwa 500 mPa·s und einen Separator auf Polypropylenbasis umfassen.
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1 FIG. 12 is a diagram of an exemplary electrochemical battery for purposes of illustration; FIG. -
2 FIG. 4 is a sectional view of an exemplary coated separator formed in accordance with certain aspects of the present disclosure; FIG. and -
3 Figure 4 is a graph of per-cycle capacity retention of comparative electrochemical cells each comprising an electrolyte system having a viscosity ranging from about 50 mPa.s to about 500 mPa.s and a polypropylene-based separator.
Ähnliche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen bezeichnen ähnliche Teile.Like reference characters in the several views of the drawings indicate similar parts.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Es werden exemplarische Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und den Fachleuten deren Umfang vollständig vermittelt. Es werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, wie beispielsweise Beispiele für spezifische Zusammensetzungen, Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, beschrieben, um ein gründliches Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Fachleute werden erkennen, dass spezifische Details möglicherweise nicht erforderlich sind, dass exemplarische Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können und dass keine der Ausführungsformen dahingehend ausgelegt werden soll, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränkt. In manchen exemplarischen Ausführungsformen sind wohlbekannte Verfahren, wohlbekannte Vorrichtungsstrukturen und wohlbekannte Techniken nicht ausführlich beschrieben.Exemplary embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and fully convey the scope of those skilled in the art. Numerous specific details are set forth, such as examples of specific compositions, components, devices and methods described to provide a thorough understanding of embodiments of the present disclosure. Those skilled in the art will recognize that specific details may not be required, that exemplary embodiments may be embodied in many different forms, and that neither of the embodiments is to be construed to limit the scope of the disclosure. In some exemplary embodiments, well-known methods, well-known device structures, and well-known techniques are not described in detail.
Die hier verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Wie hierin verwendet, schließen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ gegebenenfalls auch die Pluralformen ein, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „beinhalteten“ und „aufweisen“ sind einschließend und geben daher das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Elemente, Zusammensetzungen, Schritte, Ganzzahlen, Vorgänge, und/oder Komponenten an, schließen aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einer oder mehreren anderen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen hiervon aus. Obwohl der offen ausgelegte Begriff „umfasst“ als ein nicht einschränkender Begriff zu verstehen ist, der zum Beschreiben und Beanspruchen verschiedener, hier dargelegter Ausführungsformen verwendet wird, kann der Begriff unter bestimmten Gesichtspunkten alternativ verstanden werden, etwa stattdessen ein mehr begrenzender und einschränkender Begriff zu sein, wie „bestehend aus“ oder „bestehend im Wesentlichen aus“. Somit beinhaltet jegliche Ausführungsform, die Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, ganze Zahlen, Operationen, und/oder Verfahrensschritte aufführt, der vorliegenden Offenbarung ausdrücklich auch Ausführungsformen bestehend aus, oder bestehend im Wesentlichen aus, so aufgeführte Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elementen, Funktionen, Zahlen, Operationen und/oder Verfahrensschritte. Bei „bestehend aus“ schließt die alternative Ausführungsform jegliche zusätzlichen Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, Zahlen, Operationen, und/oder Verfahrensschritte aus, während bei „bestehend im Wesentlichen aus“ jegliche zusätzliche Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, Zahlen, Operationen und/oder Verfahrensschritte, die stoffschlüssig die grundlegenden und neuen Eigenschaften beeinträchtigen, von einer solchen Ausführungsform ausgeschlossen sind, jedoch jegliche Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, ganze Zahlen, Operationen und/oder Verfahrensschritte, die materialmäßig nicht die grundlegenden und neuen Eigenschaften beeinträchtigen, können in der Ausführungsform beinhaltet sein.The terminology used herein is for the purpose of describing particular exemplary embodiments only and is not intended to be limiting in any way. As used herein, the singular forms "a" and "the" may also include plurals, unless the context clearly precludes this. The terms "comprising,""comprising,""including," and "comprising" are inclusive, and therefore, indicate the presence of the specified features, elements, compositions, steps, integers, acts, and / or components, but do not preclude the existence of or adding one or more other features, integers, steps, acts, elements, components, and / or groups thereof. Although the term "comprising" as open-ended is to be understood as a non-limiting term used to describe and claim various of the following Alternatively, the term may alternatively be understood as meaning, for example, instead of being a more limiting and restrictive term such as "consisting of" or "consisting essentially of". Thus, any embodiment that presents compositions, materials, components, elements, functions, integers, operations, and / or method steps, expressly includes embodiments of the present disclosure consisting of, or consisting essentially of, compositions, materials, components, Elements, functions, numbers, operations and / or process steps. By "consisting of", the alternative embodiment excludes any additional compositions, materials, components, elements, functions, numbers, operations, and / or operations, while "consisting essentially of" excludes any additional compositions, materials, components, elements, functions , Numbers, operations and / or process steps, which materially affect the fundamental and novel properties are excluded from such an embodiment, but any compositions, materials, components, elements, functions, integers, operations and / or process steps, the material not the may affect basic and novel characteristics may be included in the embodiment.
Alle hierin beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge sind nicht dahingehend auszulegen, dass die beschriebene oder dargestellte Reihenfolge unbedingt erforderlich ist, sofern dies nicht spezifisch als Reihenfolge der Ausführung angegeben ist. Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewendet werden können, sofern nicht anders angegeben.All of the method steps, processes, and operations described herein are not to be construed as necessarily requiring the order described or illustrated, unless specifically stated as the order of execution. It should also be understood that additional or alternative steps may be used unless otherwise stated.
Wenn eine Komponente, ein Element oder eine Schicht als „an/auf“, „in Eingriff mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einer anderen Komponente bzw. einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben wird, kann es/sie sich entweder direkt an/auf der anderen Komponente, dem anderen Element oder der anderen Schicht befinden, damit in Eingriff stehen, damit verbunden oder damit gekoppelt sein oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Wenn, im Gegensatz dazu, ein Element als „direkt an/auf“, „direkt im Eingriff mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben wird, können keine dazwischen liegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Wörter, die zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen verwendet werden, sind in gleicher Weise zu verstehen (z. B. „zwischen“ und „direkt zwischen“, „angrenzend“ und „direkt angrenzend“ usw.). Wie hier verwendet, schließt der Begriff „und/oder“ alle Kombinationen aus einem oder mehreren der zugehörigen aufgelisteten Elemente ein.When a component, element, or layer is described as "on," "in, engaged," "connected to," or "coupled to," another component or layer, it may are either directly on / on the other component, the other element, or the other layer, in engagement with, connected to, or coupled to, or there may be intervening elements or layers. In contrast, when an element is described as being "directly on," "directly engaged with," "directly connected to," or "directly coupled to" another element or layer, there may be no intervening elements or elements Layers be present. Other words used to describe the relationship between elements are equally understood (eg, "between" and "directly between," "adjacent" and "directly adjacent," etc.). As used herein, the term "and / or" includes all combinations of one or more of the associated listed items.
Obwohl die Begriffe erste, zweite, dritte usw. hier verwendet werden können, um verschiedene Schritte, Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollen diese Schritte, Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Ausdrücke einschränkt werden. Diese Begriffe werden nur verwendet, um einen Schritt, ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Schritt, einem anderen Element, einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe wie „erste“, „zweite“ und andere Zahlenbegriffe, wenn hierin verwendet, implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, es sei denn, durch den Kontext eindeutig angegeben. Somit könnte ein nachstehend erläuterter erster Schritt, diskutiertes erstes Element, diskutierte Komponente, diskutierter Bereich, diskutierte Schicht oder diskutierter Abschnitt als ein zweiter Schritt, ein zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweiter Bereich, eine zweite Schicht oder ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von der Lehre der exemplarischen Ausführungsformen abzuweichen.Although the terms first, second, third, etc., may be used herein to describe various steps, elements, components, regions, layers, and / or sections, these steps, elements, components, regions, layers, and / or sections are not intended to be these expressions are restricted. These terms are only used to distinguish one step, item, component, region, layer, or section from another step, another element, another region, another layer, or another section. Terms such as "first," "second," and other numerical terms, as used herein, do not imply any sequence or order unless clearly indicated by the context. Thus, a first step discussed below, a discussed first element, a discussed component, a discussed region, a discussed layer, or a discussed section could be referred to as a second step, a second element, a second component, a second region, a second layer, or a second region. without deviating from the teachings of the exemplary embodiments.
Raumbezogene oder zeitbezogene Begriffe, wie „davor“, „danach“, „innere“, „äußere“, „unterhalb“, „unter“, „untere“, „über“, „obere“ und dergleichen, können hier zur besseren Beschreibung der Beziehung von einem Element oder einer Eigenschaft zu anderen Element(en) oder Eigenschaft(en), wie in den Figuren dargestellt, verwendet werden. Raumbezogene oder zeitbezogene Begriffe können dazu bestimmt sein, verschiedene in Anwendung oder Betrieb befindliche Anordnungen der Vorrichtung oder des Systems zu umschreiben, zusätzlich zu der auf den Figuren dargestellten Ausrichtung.Spatial or time related terms, such as "before", "after", "inner", "outer", "below", "below", "lower", "above", "upper", and the like, may be used herein to better describe Relationship of an element or a property to other element (s) or property (s), as shown in the figures, are used. Spatial or time related terms may be intended to rewrite various device or system deployments in use or in operation, in addition to the orientation shown in the figures.
In dieser Offenbarung repräsentieren die numerischen Werte grundsätzlich ungefähre Messwerte oder Grenzen von Bereichen, etwa kleinere Abweichungen von den bestimmten Werten und Ausführungsformen, die ungefähr den genannten Wert aufweisen, sowie solche mit genau dem genannten Wert zu umfassen. Im Gegensatz zu den am Ende der ausführlichen Beschreibung bereitgestellten Anwendungsbeispielen sollen alle numerischen Werte der Parameter (z. B. Größen oder Bedingungen) in dieser Spezifikation einschließlich der beigefügten Ansprüche in allen Fällen durch den Begriff „ungefähr“ verstanden werden, egal ob oder ob nicht „ungefähr“ tatsächlich vor dem Zahlenwert erscheint. „Ungefähr“ weist darauf hin, dass der offenbarte numerische Wert eine gewisse Ungenauigkeit zulässt (mit einer gewissen Annäherung an die Exaktheit im Wert; ungefähr oder realistisch nahe am Wert; annähernd). Falls die Ungenauigkeit, die durch „ungefähr“ bereitgestellt ist, in Fachkreisen nicht anderweitig mit dieser gewöhnlichen Bedeutung verständlich ist, dann gibt „ungefähr“, wie hierin verwendet, zumindest Variationen an, die sich aus gewöhnlichen Messverfahren und der Verwendung derartiger Parameter ergeben. So kann beispielsweise „etwa“ eine Variation von weniger als oder gleich 5 %, gegebenenfalls weniger als oder gleich 4 %, gegebenenfalls weniger als oder gleich 3 %, gegebenenfalls weniger als oder gleich 2 %, gegebenenfalls weniger als oder gleich 1 %, gegebenenfalls weniger als oder gleich 0,5 % und unter bestimmten Gesichtspunkten gegebenenfalls weniger als oder gleich 0,1% umfassen. Darüber hinaus beinhaltet die Angabe von Bereichen die Angabe aller Werte und weiter unterteilter Bereiche innerhalb des gesamten Bereichs, einschließlich der für die Bereiche angegebenen Endpunkten und Unterbereiche.In this disclosure, the numerical values basically represent approximate measurements or limits of ranges, such as minor deviations from the particular values and embodiments having approximately that value, as well as those having exactly that value. In contrast to the application examples provided at the end of the detailed description, all numerical values of the parameters (eg, sizes or conditions) in this specification, including the appended claims, are to be understood in all instances by the term "about," whether or not "Approximately" actually appears before the numerical value. "Approximately" indicates that the numerical value disclosed allows for some inaccuracy (with a certain approximation to accuracy in the value, approximately or realistically close to the value, approximate). If the inaccuracy provided by "about" is not otherwise understood by those of ordinary skill in the art to be ordinary, then "about" as used herein will at least indicate variations resulting from ordinary measurement techniques and the use of such parameters. For example, "about" may be a variation of less than or equal to 5%, optionally less than or equal to 4%, optionally less than or equal to 3%, optionally less than or equal to 2%, optionally less than or equal to 1%, optionally less may be equal to or less than 0.5% and may, under certain aspects, be less than or equal to 0.1%. In addition, specifying ranges includes specifying all values and subdivided ranges within the entire range, including the endpoints and subdomains specified for the ranges.
Die vorliegende Offenbarung sieht einen modifizierten Separator für eine hochenergetische elektrochemische Zelle auf Lithium-Metallbasis vor, und entsprechende Verfahren zur Herstellung derselben. Der modifizierte Separator umfasst ein dotiertes Substrat und eine darauf angeordnete Deckschicht. In verschiedenen Fällen umfasst das Substrat einen Dotierstoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumoxid (Al2O3), Titandioxid (TiO2), Zirkondioxid (ZrO2), Zinkoxid (ZnO), Eisenoxid (Fe2O3), Zinnoxid (SnO), Siliziumoxid (SiO2), Tantaloxid (Ta2O5), Lanthanoxid (La2O3), Hydrofluorolefin (HfO), Ceroxid (CeO2) und Kombinationen derselben. Die Deckschicht kann eine aus einem Polymer und einem keramischen Metalloxid sein. Die polymere Deckschicht kann eine Molekularschichtabscheidungs-(MLD)-Deckschicht sein, die einen Film aus einem Aluminiumoxid-Verbund-(Alukon)-Film, einen Zirkoniumalkoxid-Verbund-(Zircon)-Film, einen Titanalkoxid-Verbund-(Titanicon)-Film und einen Polyimidfilm umfasst. Die keramische Metalloxidbeschichtung kann eine Atomschichtabscheidungs-(ALD)-Deckschicht sein, die ein Keramikmaterial umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumoxid (Al2O3), Titandioxid (TiO2), Zirkoniumdioxid (ZrO2), Zinkoxid (ZnO), Siliziumoxid (SiO2) und Kombinationen derselben. In verschiedenen Fällen kann die Deckschicht eine Dicke im Bereich von etwa 1 nm bis etwa 50 nm, optional von etwa 1 nm bis etwa 10 nm und in bestimmten Aspekten optional von etwa 2 nm bis etwa 10 nm aufweisen. Der modifizierte Separator kann einen Elektrolyten mit einer Viskosität im Bereich von etwa 50 mPa·s bis etwa 500 mPa·s beinhalten. Der modifizierte Separator kann eine Benetzbarkeit gegenüber dem Elektrolyten aufweisen, die sich durch einen vergleichsweise geringen Kontaktwinkel zeigt. Der Kontaktwinkel kann sich in einem Bereich von etwa 10 Grad bis etwa 40 Grad bewegen.The present disclosure provides a modified separator for a high-energy lithium-metal based electrochemical cell, and corresponding methods for making the same. The modified separator comprises a doped substrate and a cover layer disposed thereon. In various cases, the substrate comprises a dopant selected from the group consisting of: alumina (Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), zinc oxide (ZnO), iron oxide (Fe 2 O 3 ), tin oxide (SnO), silicon oxide (SiO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), lanthanum oxide (La 2 O 3 ), hydrofluoroolefin (HfO), cerium oxide (CeO 2 ), and combinations thereof. The cover layer may be one of a polymer and a ceramic metal oxide. The polymeric topcoat may be a molecular layer deposition (MLD) topcoat comprising a film of an alumina composite (Alukon) film, a zirconium alkoxide composite (zirconium) film, a titanium alkoxide composite (Titanicon) film and a polyimide film. The ceramic metal oxide coating may be an atomic layer deposition (ALD) cladding layer comprising a ceramic material selected from the group consisting of: alumina (Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), zinc oxide ( ZnO), silica (SiO 2 ) and combinations thereof. In various instances, the capping layer may have a thickness in the range of about 1 nm to about 50 nm, optionally from about 1 nm to about 10 nm, and in certain aspects, optionally from about 2 nm to about 10 nm. The modified separator may include an electrolyte having a viscosity in the range of about 50 mPa.s to about 500 mPa.s. The modified separator may have a wettability to the electrolyte exhibited by a comparatively small contact angle. The contact angle may range from about 10 degrees to about 40 degrees.
Eine exemplarische und schematische Darstellung einer Batterie
Der poröse Separator
Die Batterie
Die zum Laden der Batterie
Des Weiteren kann die Batterie
Dementsprechend kann die Batterie
Unter erneuter Bezugnahme auf
Eine nicht-einschränkende Liste von Lithiumsalzen, die in einem organischen Lösungsmittel gelöst werden können, um die nichtwässrige flüssige Elektrolytlösung zu bilden, beinhaltet Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6); Lithiumperchlorat (LiClO4); Lithiumtetrachloraluminat (LiAlCl4); Lithiumjodid (LiI); Lithiumbromid (LiBr); Lithiumthiocyanat (LiSCN); Lithiumtetrafluoroborat (LiBF4); Lithiumtetraphenylborat (LiB(C6H5)4); Lithium-bis(oxalat)borat (LiB(C2O4)2)(LiBOB); Lithiumdifluoroxalatoborat (LiBF2(C2O4)), Lithiumhexafluorarsenat (LiAsF6), Lithiumtrifluormethansulfonat (LiCF3SO3), Lithiumtrigluormethansulfonimid (LiN(CF3SO2)2), Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid (LiN(FSO2)2) (LiSFI) und Kombinationen derselben.A non-limiting list of lithium salts that can be dissolved in an organic solvent to form the nonaqueous liquid electrolyte solution includes lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ); Lithium perchlorate (LiClO 4 ); Lithium tetrachloroaluminate (LiAlCl 4 ); Lithium iodide (LiI); Lithium bromide (LiBr); Lithium thiocyanate (LiSCN); Lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ); Lithium tetraphenylborate (LiB (C 6 H 5 ) 4 ); Lithium bis (oxalate) borate (LiB (C 2 O 4 ) 2 ) (LiBOB); Lithium difluorooxalatoborate (LiBF 2 (C 2 O 4 )), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium trifluoromethanesulfonimide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ), lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiN (FSO 2 ) 2 ) (LiSFI) and combinations thereof.
Diese und andere ähnliche Lithiumsalze können in einer Vielzahl von organischen Lösungsmitteln, einschließlich, aber nicht einschränkt auf verschiedene Alkylcarbonate, wie zyklische Carbonate (z. B., Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC), Butylencarbonat (BC), Fluorethylencarbonat (FEC)), lineare Carbonate (z. B., Dimethylcarbonat (DMC), Diethylcarbonat (DEC), Ethylmethylcarbonat (EMC)), aliphatische Carbonsäureester (z. B., Methylformiat, Methylacetat, Methylpropionat), γ-lactone (z. B.), γ-Butyrolacton, γ-Valerolacton), Kettenstrukturether (z. B., 1,2-Dimethoxyethan, 1-2-Diethoxyethan, Ethoxymethoxyethan), cyclische Ether (z. B., Tetrahydrofuran, 2-Methyltetrahydrofuran), 1,3-Dioxolan und Kombinationen derselben, gelöst werden.These and other similar lithium salts can be used in a variety of organic solvents, including, but not limited to, various alkylcarbonates such as cyclic carbonates (e.g., ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), fluoroethylene carbonate (FEC)). ), linear carbonates (eg, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC)), aliphatic carboxylic acid esters (eg, methyl formate, methyl acetate, methyl propionate), γ-lactones (eg) , γ-butyrolactone, γ-valerolactone), chain structure ethers (e.g., 1,2-dimethoxyethane, 1-2-diethoxyethane, ethoxymethoxyethane), cyclic ethers (e.g., tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran), 1.3 Dioxolane and combinations thereof.
In verschiedenen Aspekten kann die positive Elektrode
So kann beispielsweise die positive Elektrode
In bestimmten Variationen können diese positiven aktiven Materialien mit einem optionalen elektrisch leitenden Material und mindestens einem polymeren Bindematerial vermischt werden, um das aktive Material auf Lithiumbasis zusammen mit optional darin verteilten elektrisch leitenden Partikeln strukturell zu verstärken. So können beispielsweise die aktiven Materialien und optionale leitfähige Materialien mit derartigen Bindemitteln, wie beispielsweise Polyvinylidendifluorid (PVdF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM)-Kautschuk oder Carboxymethylcellulose (CMC), Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR), Lithium-Polyacrylat (LiPAA), Natrium-Polyacrylat (NaPAA), Natriumalginat, Lithium-Alginat gegossen werden. Elektrisch leitfähige Materialien können Graphit, kohlenstoffhaltige Materialien, Nickelpulver, Metallpartikel oder ein leitfähiges Polymer umfassen. Kohlenstoffhaltige Materialien können durch ein nicht einschränkendes Beispiel KETCHENTM™ Ruß, DENKATM™ Ruß, Acetylenruß, Ruß und dergleichen beinhalten. Beispiele eines leitenden Polymers beinhalten Polyanilin, Polythiophen, Polyacetylen, Polypyrrol und dergleichen. In bestimmten Aspekten können Mischungen aus leitfähigen Materialien verwendet werden. Wie vorstehend erwähnt, kann ein positiver Elektrodenstromabnehmer
Gemäß verschiedenen Aspekten enthält die negative Elektrode
So kann beispielsweise die negative Elektrode
In verschiedenen Aspekten kann der poröse Separator
Wenn der poröse Separator
In verschiedenen Aspekten, wie in
In verschiedenen Fällen kann die Deckschicht
In bestimmten Aspekten weist der modifizierte Separator
Die elektrochemische Zelle
In verschiedenen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Bilden der Deckschicht des modifizierten Separators dar. In verschiedenen Aspekten beinhaltet das Verfahren das Aufbringen einer aus einer polymeren Deckschicht und einer keramischen Metalloxid-Deckschicht auf einen dotierten Separator. In bestimmten Aspekten kann die polymere Deckschicht beispielsweise durch Molekularschichtabscheidung (MLD) aufgebracht werden. Die polymere Deckschicht, die sich aus der Molekularschichtabscheidung (MLD) ergibt, kann einen Aluminiumoxid-Verbund-(Alukon)-Film, einen Zirkoniumalkoxid-Verbund-(Zircon)-Film, einen Titanalkoxid-Verbund-(Titanicon)-Film und einen Polyimidfilm umfassen. So kann beispielsweise die polymere Deckschicht ein Aluminiumoxid-Verbund-(Alukon)-Film sein, der sich aus einem Vorläufermaterial ergibt, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Trimethylaluminium (TMA), Ethylenglykol (EG), Terephthaloylchlorid (TC), Glycidol (GLY), Hydrochinon (HQ) und Kombinationen derselben.In various aspects, the present disclosure provides a method of forming the overcoat of the modified separator. In various aspects, the method includes applying one of a polymeric overcoat and a ceramic metal oxide overcoat to a doped separator. In certain aspects, the polymeric topcoat may be applied by, for example, molecular layer deposition (MLD). The polymeric overcoat resulting from molecular layer deposition (MLD) may include an alumina composite (Alukon) film, a zirconium alkoxide composite (zirconium) film, a titanium alkoxide composite (Titanicon) film, and a polyimide film include. For example, the polymeric overcoat may be an alumina composite (Alukon) film resulting from a precursor material selected from the group consisting of: trimethylaluminum (TMA), ethylene glycol (EG), terephthaloyl chloride (TC), glycidol (GLY), hydroquinone (HQ) and combinations thereof.
In bestimmten Aspekten kann die keramische Metalloxid-Deckschicht beispielsweise durch Atomschichtabscheidung (ALD) aufgebracht werden. Die keramische Metalloxid-Deckschicht, die sich aus der Atomschichtabscheidung (ALD) ergibt, kann ein keramisches Material umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumoxid (Al2O3); Titandioxid (TiO2); Zirkoniumdioxid (ZrO2); Zinkoxid (ZnO); Siliziumoxid (SiO2) und Kombinationen derselben und ist auf dem dotierten Separator unter Verwendung von Atomschichtabscheidung (ALD) angeordnet.In certain aspects, the ceramic metal oxide capping layer may be deposited, for example, by atomic layer deposition (ALD). The ceramic metal oxide cap layer resulting from atomic layer deposition (ALD) may comprise a ceramic material selected from the group consisting of: alumina (Al 2 O 3 ); Titanium dioxide (TiO 2 ); Zirconia (ZrO 2 ); Zinc oxide (ZnO); Silicon oxide (SiO 2 ) and combinations thereof and is disposed on the doped separator using atomic layer deposition (ALD).
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen dient lediglich der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie ist nicht dazu bestimmt, erschöpfend zu sein und soll die Offenbarung in keiner Weise beschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern gegebenenfalls gegeneinander austauschbar und in einer ausgewählten Ausführungsform verwendbar, auch wenn dies nicht gesondert dargestellt oder beschrieben ist. Auch diverse Variationen sind denkbar. Diese Variationen stellen keine Abweichung von der Offenbarung dar, und alle Modifikationen dieser Art verstehen sich als Teil der Offenbarung und fallen in ihren Schutzumfang.The foregoing description of the embodiments is merely illustrative and descriptive. It is not meant to be exhaustive and is not intended to limit revelation in any way. Individual elements or features of a particular embodiment are generally not limited to this particular embodiment, but may be interchangeable and optionally usable in a selected embodiment, although not separately illustrated or described. Also various variations are conceivable. These variations are not deviations from the disclosure, and all modifications of this nature are part of the disclosure and are within its scope.
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